1.4. Химический состав продовольственных товаров

Для поддержания нормальной жизнедеятельности организма че­ловека, возмещения его энергетических затрат и восстановления тканей необходимы питательные вещества. Они поступают в орга­низм человека вместе с пищей, которая является для него источни­ком энергии, строительным (пластическим) материалом и участву­ет в регулировании процессов обмена веществ. Химический состав продуктов разнообразен и зависит от химического состава исходно­го сырья, технологического режима и способа производства, усло­вий хранения и перевозки и других факторов.

В состав продовольственных товаров входят неорганические и органические вещества. К неорганическим веществам относятся вода и минеральные (зольные) соединения; к органическим — углеводы, жиры, белки, ферменты, витамины, органические кислоты, крася­щие, ароматические и др.

Вода имеет важное значение для организма человека, так как является составной частью его клеток и тканей и необходима для осуществления биохимических процессов. Она играет важную роль в поддержании постоянной температуры тела. Взрослому человеку необходимо в среднем 1750—2200 г воды в сутки. Эта потребность покрывается прежде всего за счет питьевой воды и пищи. Живой организм очень чувствителен к недостатку воды: при потере 10% влаги человек испытывает тяжелое недомогание, а при потере 20% наступает смерть.

Вода находится во всех продуктах, но в различных количествах: в сахаре — 0,14%; в крупах, муке — 12—14; в хлебе — 40—50; в мясе, рыбе — 65—80; в овощах, плодах — 65—95%, и т. д.

Воду, содержащуюся в пищевых продуктах, условно делят на сво­бодную и связанную. Она существенно влияет на питательную цен­ность, пригодность для хранения, вкус, консистенцию продуктов. Продукты, содержащие большое количество свободной воды, отно­сятся к скоропортящимся, так как она является благоприятной сре­дой для микроорганизмов и продукты быстро подвергаются порче (гниению, плесневению, брожению). Наоборот, продукты, в кото­рых мало воды, более стойки в хранении. В то же время продукты, богатые влагой, имеют низкую энергетическую ценность (хотя био­логическая ценность их может быть высокой). Каждый продукт дол­жен содержать воду в определенных количествах, что предусмотрено во многих стандартах и является одним из основных показателей качества. В зависимости от особенностей самих продуктов, а также условий внешней среды они могут терять влагу или, наоборот, ув­лажняться. Высокой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу) обладают сахар, соль, мука, сушеные плоды и овощи, кара­мель и другие продукты. Уменьшение влаги в свежих плодах, ово­щах, вареных колбасах, мясе, рыбе и других при хранении приво­дит к снижению качества и товарным потерям.

К питьевой воде предъявляются определенные требования. Она должна быть чистой, прозрачной, бесцветной, без запаха, посторон­них привкусов и вредных микроорганизмов, умеренной жесткости или мягкой.

Минеральные вещества иначе называют зольными элементами, так как после сжигания продукта они остаются в виде золы. Золь­ные элементы имеют большое значение для жизнедеятельности орга­низма человека: входят в состав тканей, участвуют в обмене веществ, в образовании ферментов, гормонов, пищеварительных соков. Не­достаток или отсутствие отдельных элементов в организме приво­дит к тяжелым заболеваниям. Организму человека требуется в сут­ки 20—30 г зольных элементов.

В зависимости от содержания в продуктах зольные элементы де­лят на макроэлементы (кальций, фосфор, сера, калий, натрий, желе­зо, магний, хлор и др.) и микроэлемены (йод, медь, алюминий, цинк, кобальт, марганец, фтор и др.). Выделяют также и ультрамикроэле­менты (радий, торий, ртуть и др.). Каждое из минеральных веществ играет определенную роль в жизнедеятельности организма. Напри­мер, фосфор участвует в дыхании, необходим для нормальной дея­тельности нервной системы и работы мышц; калий способствует выделению из организма воды и солей натрия; железо участвует в образовании гемоглобина крови; йод обеспечивает нормальную де­ятельность щитовидной железы; марганец и фтор способствуют фор­мированию костей и т. д.

Некоторые элементы необходимы для организма в очень малых количествах (медь, свинец, цинк, олово и др.) и при содержании их в значительных количествах становятся ядовитыми и опасными для жизни. Особенно большую опасность в этом отношении представ­ляют консервированные пищевые продукты, обработанные в мед­ной аппаратуре и хранившиеся в герметически закрытых металли­ческих банках в течение длительного времени. Поэтому содержание меди, цинка, олова строго ограничивается в продуктах питания, а присутствие солей ртути, свинца, мышьяка не допускается.

Источниками минеральных элементов являются продукты рас­тительного и животного происхождения, а также питьевая вода. Осо­бенно богаты минеральными солями овощи, плоды, зерномучные, продукты моря и др.

Зольность является показателем качества при определении сор­та муки, крахмала, а также характеризует степень чистоты продукта (сахар, какао-порошок).

Углеводы содержатся в основном в продуктах растительного про­исхождения. Они играют определенную роль в пластических процес­сах и функциональной деятельности отдельных органов, обмене ве­ществ и защитных реакциях организма. В среднем взрослому челове­ку требуется в сутки 400—500 г углеводов. При недостатке в пищевом рационе углеводов напроизводство энергии в организме расходуется больше белка, а избыток углеводов приводит к образованию и отло­жению в теле человека жира. При окислении 1 г усвояемых углево­дов в организме выделяется 3,75 ккал (15,7 кДж) энергии.

Углеводы делят на моносахариды (простые сахара), олигосахариды (сложные сахара) и полисахариды (несахароподобные).

Моносахариды (глюкоза — виноградный сахар; фруктоза — пло­довый сахар). Они сладкие, хорошо растворяются в воде, легко ус­ваиваются организмом человека, легко сбраживаются дрожжами, молочнокислыми бактериями (эти свойства используются при про­изводстве спирта, вин, хлеба, квашеных плодов и овощей, кисло­молочных продуктов).

Олигосахариды (сахароза — свекловичный или тростниковый са­хар; мальтоза — солодовый сахар; лактоза — молочный сахар). Все они в процессе обмена веществ превращаются в моносахариды. Они, как и моносахариды, сладкие, хорошо растворяются в воде, легко усваива­ются организмом человека; под действием ферментов пищеваритель­ного тракта легко гидролизуются, а в промышленности это свой­ство используется при получении искусственного меда; при нагре­вании карамелизуются (образуются темноокрашенные вещества); кристаллизуются, т. е. засахариваются (при хранении варенья, кон­фет, карамели, меда).

Полисахариды (крахмал, гликоген, инулин, клетчатка и др.) не обладают сладким вкусом, поэтому называются несахароподобны-ми углеводами.

Крахмал накапливается в виде зерен характерных формы и раз­мера в клубнях, корнях, стеблях, семенах растений. Наиболее бога­ты крахмалом зерна злаков, картофель, мука, хлеб. В воде крахмал не растворяется, а в горячей — набухает и образует клейстер. Под действием ферментов, кислот крахмал расщепляется до глюкозы и хорошо усваивается организмом человека.

Гликоген (животный крахмал) выполняет роль резервного пита­тельного вещества в организме, образуется из глюкозы. Содержится в печени, мясе, рыбе. Гликоген участвует в ферментативных про­цессах при созревании мяса после убоя животного.

Инулин встречается в растениях реже, чем крахмал. Находится в корнях цикория, клубнях топинамбура и др.

Клетчатка (целлюлоза) входит в состав покровных тканей рас­тений, составляя основу клеточных стенок. Организмом человека почти не усваивается из-за отсутствия ферментов для ее расщепле­ния до глюкозы, однако она усиливает перистальтику кишечника, секрецию желудочного сока и способствует передвижению пищи. Высокое содержание клетчатки в продукте понижает его питатель­ную ценность и усвояемость.

Жиры — это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и различных жирных кислот. В организме жиры участвуют в обмене веществ, синтезе белков, образовании тканей, служат источником жирорастворимых витаминов (A, D, Е, К), являются источником энергии (при окислении I г жира выделяется 9,3 ккал (37,7 кДж). Суточная потребность в жирах в среднем составляет 80—100 г.

По происхождению различают жиры растительные, животные, комбинированные; в зависимости от консистенции и те, и другие бывают жидкими и твердыми.

Жиры имеют ряд общих свойств. Они легче воды; растворимы в органических растворителях (бензине, ацетоне, эфире); с водой жиры в присутствии слабых щелочей, белков или других коллоидов могут образовывать эмульсии, т. е. распределяться в воде в виде мель­чайших шариков (в молоке), или наоборот, мельчайшие капельки воды распределяются в жире (в маргарине, майонезе); жиры неле­тучи, но при сильном нагревании (240—250°С) они разлагаются с образованием веществ, имеющих неприятный запах и раздражаю­щих слизистую оболочку глаз. При хранении на воздухе (в присут­ствии света, кислорода, тепла) жиры окисляются, что приводит к прогорканию и осаливанию, снижению качества продуктов и обра­зованию альдегидов, кетонов и других вредных для организма ве­ществ.

Жиры содержатся во многих пищевых продуктах, но в разных количествах. Много жиров в масле, жире, маргарине, свинине, оре­хах и др. Очень мало жира в большинстве плодов, овощей, в неко­торых видах рыб (щука, судак, треска) и др.

Кроме жиров в состав пищевых продуктов входят жироподобные вещества. Наибольшее значение имеет лецитин (в сметане, слив­ках, сливочном масле, яйцах, печени, икре и др.). Он способствует правильному обмену жиров в организме, задерживает развитие ате­росклероза, препятствует отложению жира в печени.

Белки — главная составная часть пищи. Без них не может суще­ствовать ни одна живая клетка. Они необходимы для построения тка­ней тела и восстановления отмирающих клеток, образования фермен­тов, витаминов, гормонов и иммунных тел; как строительный, пласти­ческий и энергетический материал (1 г белка дает 4,1 ккал (16,7 кДж). Недостаток белка в питании приводит к задержке роста детей и кцелому ряду тяжелых расстройств в организме взрослых. Суточная потребность взрослого человека в белках составляет 80—100 г, в том числе половину должны составлять животные белки.

Белки состоят из аминокислот. Некоторые аминокислоты син­тезируются в организме, но имеется девять аминокислот, которые в организме не могут синтезироваться, они являются незаменимыми. Белки, в которые входят все незаменимые аминокислоты, называ­ются полноценными (белки мяса, рыбы, яиц, молока). Белки, не имеющие в своем составе хотя бы одной незаменимой аминокисло­ты, относят к неполноценным (белки проса, кукурузы и др.). По­этому для удовлетворения потребностей организма в аминокисло­тах нужно использовать различные сочетания продуктов. Так, бел­ки зерномучных товаров целесообразно сочетать с белками молока, мяса, рыбы.

По составу белки делят на простые (протеины) и сложные (про­теиды). К простым белкам относятся: альбумины, глобулины, глютелины, проламины; к сложным — фосфоропротеиды, хромопротеиды, глюкопротеиды.

В организме животных, растениях и продуктах питания белки находятся в жидком состоянии (молоко, кровь), полужидком (яйца) и твердом (сухожилия, волосы, ногти).

Белки имеют ряд общих свойств: при нагревании выше 50—60°С денатурируются (при варке яиц, получении сыра и кисломолочных продуктов образуется сгусток); почти все белки набухают в воде и увеличиваются в объеме (при производстве хлеба, варке макарон­ных изделий, круп); под действием ферментов, кислот, щелочей — гидролизуются (при созревании сыров; порче мяса, рыбы).

Ферменты — это вещества белковой природы, ускоряющие хи­мические реакции, которые протекают в живом организме. Иначе их называют биокатализаторами. Нет ни одного процесса жизнеде­ятельности, который обходился бы без участия тех или иных фер­ментов. Вырабатываются ферменты только живыми клетками рас­тений, животных, микроорганизмов, но проявляют свое действие как в клетке, так и вне ее.

Ферменты имеют исключительно важное значение в питании человека. Переваривание и усвоение белков, жиров, углеводов про­текают при участии ферментов, выделяемых клетками организма.

Ферменты играют большую роль в производстве многих продоволь­ственных товаров (хлеба, пива, чая, квашеных плодов и овощей, кис­ломолочных продуктов, сыра и др.). В промышленности широко используют различные ферментные препараты для сокращения про­должительности процессов производства и улучшения качества про­дуктов. В процессе хранения ферменты могут оказывать как поло­жительное, так и отрицательное влияние на качество. Положитель­ное действие ферментов проявляется, например, при дозревании плодов и овощей, созревании мяса и рыбы, хранении муки, сыра и других товаров. В некоторых случаях ферменты могут вызывать ухуд­шение качества или порчу пищевых продуктов (скисание молока, прогоркание жиров, прорастание зерна, появление сладкого вкуса в картофеле, порча мяса, рыбы и т. д.).

Ферменты обладают свойствами белковых веществ, они подвер­гаются набуханию, денатурации и другим изменениям под влияни­ем химических и физических воздействий. Характерными особен­ностями ферментов являются: специфичность (каждый фермент дей­ствует лишь на определенное вещество, например, фермент сахараза расщепляет только сахарозу; лактаза — лактозу); чуствительность к изменению температуры — наиболее благоприятная 30—50°С (при нагревании до 70—80°С и выше ферменты разрушаются, а при ми­нусовой температуре они сохраняются, но активность резко снижа­ется). Повышение влажности продукта усиливает действие фермен­тов, при высушивании активность их замедляется; одни ферменты действуют только в кислой среде, другие — в нейтральной, некото­рые проявляют активность в щелочной среде.

Витамины. Они незаменимы в питании человека, способствуют нормальному обмену веществ, росту организма, повышают сопро­тивляемость его к заболеваниям. При длительном отсутствии вита­минов в пище возникают тяжелые заболевания — авитаминозы, при недостатке их — гиповитаминозы, избыточное поступление их в организм приводит к гипервитаминозу. Большинство витаминов обозначают буквами латинского алфавита, но установлены также наименования витаминов по их химическому составу. Все витамины условно делят на жирорастворимые (A, D, Е, К), водорастворимые (С, Р, РР, группы В и др.) и витаминоподобные вещества.

Недостаток витамина А (ретинол) в организме приводит к за­держке роста, заболеваниям глаз, снижению сопротивляемости орга­низма инфекциям. Витамин А встречается в продуктах животного происхождения (печень трески, сливочное масло, яичный желток и др.). В растительной пище он находится в виде каротина, который под действием ферментов превращается в организме в витамин А. Много каротина в моркови, абрикосах, тыкве и др.; он лучше усва­ивается организмом вместе с жирами.

Витамин D (кальциферол) регулирует усвоение кальция и фос­фора организмом. Содержится в продуктах животного происхожде­ния (рыбьем жире, сливочном масле, печени животных, желтке ку­риных яиц). Он имеет провитамины, которые под действием сол­нечных лучей могут превращаться в организме человека в витамины D₂, D₃.

Витамин Е (токоферол) называют фактором размножения. Бо­гаты им облепиховое, кукурузное, соевое масло, зародыши пшени­цы, ячменя, ржи и др.

Витамин AT (филлохинон) играет важную роль в процессах свер­тывания крови. Много его в капусте, тыкве, крапиве и др.

Витамин С (аскорбиновая кислота) повышает сопротивляемость организма инфекционным заболеваниям, активно участвует в син­тезе многих веществ, которые расходуются на построение костной и соединительной ткани, предохраняет от заболевания цингой. Ос­новным источником витамина С являются плоды, овощи (черная смородина, капуста, цитрусовые и др.). Витамин С нестоек, легко разрушается при доступе кислорода, нагревании. При квашении, замораживании он сохраняется сравнительно хорошо.

Витамин В_х (тиамин) активно участвует в ферментативных про­цессах, обмене веществ. Отсутствие его в пище приводит к заболе­ванию нервной системы. Богаты витамином В, сухие пивные дрож­жи, горох, свинина, хлеб из обойной муки.

Витамин В₂ (рибофлавин) способствует росту организма, участву­ет в углеводном обмене веществ, окислительно-восстановительных процессах. Содержится в тех же продуктах, что и витамин В,.

Прочие вещества пищевых продуктов. Кроме рассмотренных ос­новных веществ пищевые продукты содержат органические кисло­ты, эфирные масла, гликозиды, алкалоиды, дубильные, красящие вещества, фитонциды, экстрактивные, пектиновые вещества.

Органические кислоты содержатся в плодах и овощах в свобод­ном состоянии, а также образуются в процессе их переработки (при квашении). К ним относят уксусную, молочную, лимонную, яблоч­ную, бензойную и другие кислоты. Небольшое количество кислот, содержащихся в пище, оказывает возбуждающее действие на пище­варительные железы и способствует лучшему усвоению веществ. Помимо вкусового органические кислоты имеют и консервирующее значение. Поэтому квашеные и маринованные продукты, клюква и брусника, содержащие повышенное количество кислот, хорошо со­храняются. Кислотность является важным показателем качества многих продуктов питания. Дневная потребность взрослого челове­ка в кислотах составляет 2 г.

Эфирные масла обусловливают аромат пищевых продуктов. Об­щее количество их для большинства продуктов определяется доля­ми процента. Аромат пищевых продуктов является важным показа­телем качества. Приятный аромат пищи вызывает аппетит и улуч­шает ее усвоение. Свойство ароматических веществ легко испаряться нужно учитывать при кулинарной обработке и хранении некоторых пищевых продуктов (пряностей, чая, кофе). При порче продуктов появляются неприятные запахи, обусловленные образованием таких веществ, как сероводород, аммиак, индол, скатол и др.

Гликозиды — производные углеводов, содержащиеся в плодах и овощах (соланин, синигрин, амигдалин и др.). Они обладают рез­ким запахом и горьким вкусом, в малых дозах возбуждают аппетит, в больших — являются ядами для организма.

Алкалоиды — вещества, возбуждающе действующие на нервную систему, в больших дозах являются ядами. Содержатся в чае, кофе (кофеин), шоколаде (теобромин), представляют собой азотосодержащие органические вещества.

Дубильные вещества придают пищевым продуктам (чаю, кофе, некоторым плодам) специфический вяжущий вкус. Под действием кислорода воздуха окисляются и приобретают темную окраску. Этим объясняется темный цвет чая, потемнение на воздухе нарезанных яблок и т. д.

Красящие вещества обусловливают цвет пищевых продуктов. К ним относят хлорофилл, каротиноиды, флавоновые пигменты, ан-тоцианы, хромопротеиды и др.

Хлорофилл — зеленый пигмент, находящийся в плодах и ово­щах. Хорошо растворяется в жирах, при нагревании в кислой среде превращается в феофитин — вещество бурой окраски (при варке плодов и овощей).

Каротиноиды — пигменты, придающие продуктам желтую, оранжевую и красную окраску. К ним относят каротин, ликопин, ксантофилл и др. Каротин находится в моркови, абрикосах, цитру­совых, салате, шпинате и др.; ликопин придает томатам красный цвет; ксантофилл окрашивает продукты в желтый цвет.

Флавоновые пигменты придают растительным продук­там желтую и оранжевую окраску. По химической природе они от­носятся к гликозидам. Содержатся в чешуе репчатого лука, кожице яблок, чае.

Антоцианы — пигменты различной окраски. Придают окрас­ку кожице винограда, вишни, брусники, содержатся в свекле и др.

Хромопротеиды — пигменты, обусловливающие красную окраску крови, мяса.

Фитонциды обладают бактерицидными свойствами, содержатся в луке, чесноке, хрене.

Экстрактивные вещества содержатся в мясе, рыбе и придают запах и аромат бульону.

Пектиновые вещества содержатся в плодах, ягодах, овощах и об­ладают способностью образовывать студни в присутствии сахара и кислоты. Это свойство широко используется в кондитерской про­мышленности при производстве мармелада, пастилы, джема, желе и др.